每日一题[609]合二为一

求函数$f(x)=\dfrac{\sqrt{\sin x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}{\sqrt{\cos x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}$的值域.


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分析与解 根据题意,有$\sin x,\cos x\geqslant 0$.由于$$\dfrac{\sqrt{\sin x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}{\sqrt{\cos x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}\leqslant \dfrac{\sqrt{\sin x+\cos x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}{0+\sqrt{\sin x+\cos x}}=2,$$等号当$\sin x=1$,$\cos x=0$时取得,因此所求函数的最大值为$2$.类似的,有$$\dfrac{\sqrt{\sin x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}{\sqrt{\cos x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}\geqslant \dfrac{0+\sqrt{\sin x+\cos x}}{\sqrt{\sin x+\cos x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}=\dfrac 12,$$等号当$\sin x=0$,$\cos x=1$时取得,因此所求函数的最小值为$\dfrac 12$.

结合函数$f(x)$在一个周期(如$\left[0,\dfrac {\pi}{2}\right ]$)上的连续性,有函数$f(x)$的值域为$\left[\dfrac 12,2\right]$.

    事实上,考虑到函数$f(x)\cdot f\left(\dfrac{\pi}2-x\right)=1$,于是原函数的最大值与最小值互为倒数.


另解 当$\cos x=0$时,$\sin x=1$,此时函数值为$2$.当$\cos x>0$时,有\[\begin{split} \dfrac{\sqrt{\sin x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}{\sqrt{\cos x}+\sqrt{\sin x+\cos x}}&=\dfrac{\sqrt{\tan x}+\sqrt{\tan x+1}}{1+\sqrt{\tan x+1}}\\ &=1+\dfrac{\sqrt{\tan x}-1}{\sqrt{\tan x+1}+1}\\ &<1+\dfrac{\sqrt{\tan x+1}-1}{\sqrt{\tan x+1}+1}\\ &<2,\end{split} \]因此所求函数的最大值为$2$.

另一方面因为$\cos x>0$时,$\tan x\geqslant 0$,所以\[\dfrac{\sqrt{\tan x}+\sqrt{\tan x+1}}{1+\sqrt{\tan x+1}}\geqslant \dfrac{\sqrt{\tan x+1}}{\sqrt{1+\tan x}+\sqrt{1+\tan x}}=\dfrac 12.\]当$\tan x=0$时取到等号,因此所求函数的最小值为$\dfrac 12$.

结合函数$f(x)$在一个周期(如$\left[0,\dfrac {\pi}{2}\right ]$)上的连续性,有函数$f(x)$的值域为$\left[\dfrac 12,2\right]$.

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